iSsus3744：一种基于全基因组尺度模型指导的理性培养基设计策略，用于培养猪肉

培养肉生产目前受限于高昂的生产成本以及对农业相关物种细胞代谢认识的不完整。基因组尺度代谢模型（GEMs）已在生物制药系统中成功用于指导培养基优化，但尚未在培养肉领域得到广泛应用。在本研究中，我们提出了 iSsus3744——首个针对猪（Sus scrofa）的基因组尺度代谢重建模型，并展示了其在培养猪肉生产中用于理性培养基设计的应用。iSsus3744 以 HumanGEM 和 Recon3D 作为模板模型进行重建，并进一步结合杜洛克猪肌肉卫星细胞系实验测定的生物量组成以及摄取与分泌通量对模型进行约束。最终模型包含 3,744 个基因、8,854 种代谢物和 12,248 个反应，分布于八个细胞区室中。采用通量平衡分析（FBA）和通量变异分析（FVA）识别限制细胞生长的氨基酸，并预测培养基补充策略。实验验证表明，模型指导的氨基酸补充显著提高了细胞增殖。补充苯丙氨酸使倍增时间由 31.9 小时缩短至 17.2 小时，降幅达 46%；而赖氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、亮氨酸和缬氨酸的补充也改善了生长表现。这些结果表明，基因组尺度代谢建模作为一种强有力的平台，在培养肉体系中实现理性培养基优化方面具有巨大潜力。iSsus3744 为未来整合组学、转录调控以及同位素辅助代谢通量分析提供了基础性资源，从而进一步加速无血清培养基开发和培养肉生物过程优化。

培养肉生产目前受到高生产成本以及对农业相关物种细胞代谢认识不完整的限制。基因组尺度代谢模型（genome-scale metabolic models, GEMs）已成功指导生物制药系统中的培养基优化，但尚未在培养肉领域得到广泛应用。在本研究中，我们提出了 iSsus3744，这是首个针对猪（Sus scrofa）的基因组尺度代谢重建模型，并展示了其在培养猪肉生产中进行理性培养基设计的应用。iSsus3744 以 HumanGEM 和 Recon3D 作为模板模型进行重建，并进一步结合杜洛克猪肌肉卫星细胞系实验测定的生物量组成以及摄取与分泌通量进行约束。最终模型包含 3,744 个基因、8,854 种代谢物和 12,248 个反应，分布于八个细胞区室中。采用通量平衡分析（flux balance analysis, FBA）和通量变异分析（flux variability analysis, FVA）识别限制细胞生长的氨基酸，并预测培养基补充策略。实验验证表明，模型指导的氨基酸补充显著促进了细胞增殖。补充苯丙氨酸将倍增时间从 31.9 小时缩短至 17.2 小时，降幅达 46%；同时，赖氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、亮氨酸和缬氨酸也改善了生长表现。这些结果表明，基因组尺度代谢建模有望成为培养肉系统中进行理性培养基优化的有力平台。iSsus3744 为未来整合组学、转录调控以及同位素辅助代谢通量分析提供了基础性资源，从而进一步加速无血清培养基开发和培养肉生物过程优化。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.28.728221v1?rss=1

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